金属热处理设备与产品质量控制

靳绍准 韩淑华

【摘 要】材料、工艺、设备的严格检查和调整热处理是产品加工过程中的重要工序之一， 是保证和提高产品内在质量的有力手段。双推盘式渗碳连续生产线，采用智能化自动控制，工艺介质耗量小，便于操作；产量大、运行稳定，适用于要求产品质量稳定、大批量、连续生产的企业使用。

【关键词】热处理；自动控制；渗碳；热电偶；产品质量

【Abstract】The material ，process，equipment of the strict inspection and adjstment of hest treatment is one of the important processes during product processing，is a powerful means to ensure and improve the quality of products.The continuous production line of double push type carburizing，adopts the intelligent，automatic control ，process medium consumption is small，easy to operate；high yield，stable operation，applied to the requirements of the product quality is stable，high-volume，continuous production enterprises to use.

【Key Words】 Heat Treatment，Auto-control；Carburizing，Thermocouple；Product Quality

引言：

为保证金属热处理后材料或工件能达到所需的组织和性能而采取的措施，包括材料、工艺、设备的严格检查和调整热处理是产品加工过程中的重要工序之一，是保证和提高产品内在质量的有力手段。采取控制可靠的金属热处理设备同样具有重要意义。爱协林热处理设备在行业中处于领先地位，能有效的保证处理后的元件质量性能。其中双推盘式渗碳连续生产线，采用智能化自动控制，工艺介质耗量小，便于操作；产量大、运行稳定，适用于要求产品质量稳定、大批量、连续生产的企业使用。

一推盘炉综述

推盘炉生产线通过各个相对独立的单元设备连接在一起，从而完成从卸料、上料、前清洗、预氧化、加热、渗碳、降温扩散、油淬、后清洗、回火等全部的生产过程，料盘在生产线中形成回字形循环移动。

1.1推盘炉的结构组成框架

1.2推盘炉动作严格的自动控制，确保产品质量

当工件自动由空冷升降台降至人工操作的轨道后，由操作人员在辊台上手动移动料盘，并将料盘上的工件装入下道工序的料箱中，完成卸料工作。同时将待处理的工件，按工艺要求装入空料盘内并将其推入上料台上料位置。二工位前清洗机分为碱液清洗、清水清洗两个室，工件在每一个室内均停留一个周期的时间，料盘的移动由安装在清洗前后料台上的推拉链机构来完成。备料台设有双备料轨道，由操作人员按不同的层深要求推入规定的备料辊道中。在备料台的各个位置处设有信号检测点，使料盘进入跟踪系统。

料盘从备料台至预氧化炉由推链机构推入预氧化炉进行分区加热和控制，使用温度范围为350℃-l550℃。可根据工艺要求调整设定。完成预氧化的工件由推链机构转移到底进料升降台上，底进料升降台带着料盘及工件上升到加热室的轨道高度。底进料室是一个密封的炉室，炉内大量废气通过该室的排放管排出。同时工件在该室停留一个周期的节拍时间进行换气，使工件进入加热室完全处在保护气氛中。

由换气室密封推链机构将料盘转移到加熱区的轨道上进行加热，当工件加热好后，由加热区的电动推杆将料盘转移到渗碳区中。加热渗碳室为双排结构，炉内料盘的移动由电动推杆驱动，通过设置不同轨道的推料比，从而完成相同炉气下的不同层深的渗碳要求。同时还将信号反馈给料盘跟踪系统。根据工艺要求，在加热区、强渗区、高温扩散区设有不同数量的料盘位，分区控温和分区碳势控制。加热区、强渗区和扩散区各区之间设有缩颈墙，使气氛的碳势和温度可调。

加热渗碳室中料盘的步进由电动推杆来完成，并通过后限位检测杆来控制其运动的距离，并将信号反馈给扩散室的侧高温推链，由高温推链将料盘转移至降温扩散室。降温扩散室内的料盘位，料盘的移动由电动推杆来完成。设1区控温和1区碳势控制。同样由后限位来控制料盘的距离，并将信号反馈给降温扩散室的侧高温推链，在料盘跟踪系统发出的指令下由侧高温推链转移至油淬升降台，从而完成油淬。

淬火槽设有两组升降台，通过油内的转移装置，将料盘从淬火位置转移至出料位置。在利用油密封出料升降台提升出料时，无须任何点火系统来保护升降台的打开。这样既安全，同时又完全杜绝了炉气的溢出。

通过式二联单室清洗机分为碱液清洗、清水清洗和烘干。工件在每一个室内均停留一个周期的时间，料盘等距离的移动由链驱动的推链机构来完成。该推链机构还负责将料盘推送至回火炉内，回火炉为单排结构，分区加热和控制。回火炉内的料盘通过推链机构推动前进，出料由推链机构推出，并进行空冷。在空冷辊道上可连续存放四个料盘的位置，当四个料盘全部放满后，升降台自动下降，由操作人员将料盘移动至卸料辊台，实施卸料操作。

回火温度对金属硬度质量的影响很大，所以要通过稳定可靠的自动化控温仪表进行控制，以达到质量控制。

1.3推盘炉安全操作

整个生产线除卸料和备料外，其余动作全部自动进行。整个生产线的机械动作均可手动。

生产线的控制系统分三部份组成，即现场操作柜、程序控制系统、外电路控制系统。现场操作柜装有操作控制屏，操作人员通过显示屏了解设备所有的信息和设定相关的工艺参数，并进行打印。程序控制系统完成全部生产线的自动和手动运行功能。在电气柜上装有各区独立的温度、碳势控制仪表。这些仪表均和计算机进行通讯，温度、碳势值可以在仪表上设定也可以在计算机上设定。

二、推盘式炉控制系统

2.1控制系统硬件配置

双推盘式炉控制系统由操作台（含操作屏）、PLC可编程序控制器、外电路控制系统三人部份组成一套完整的集散式控制模式。从而确保了生产线可靠的控制性。用户通过操作屏可以查询整个生产线的各种工艺参数；利用操作台上操作屏和控制PC机显示画面便可操作及总览全部设备的运行状态。

2.2控制系统内容

2.2.1控制PC机，安装在控制室内的机柜上，其配置为当前主流处理器，薄膜式操作键盘，另外还配有彩喷打印一台供用户随时打印数据、图表。

2.2.2控制PC机的软件画面分布有：

◇系统总缆；◇工艺参数；◇故障报警；◇数据记录；◇过程参数；◇料盘跟踪；◇离线仿真；◇口令管理；◇系统帮助；◇退出；

2.2.3画面的功能，保证质量数据的可靠性

系统总览包括，按不同颜色区分的整条生产线平面布置图，同时在每一部份分别显示出相应的工作方式、工步、基本位置状态、温度设定值、温度过程值、碳势设定值、碳势过程值。另外在画面的清晰位置处，显示设定的周期时间和当前推盘周期的过程值其过程值的显示采用倒计时式。

工艺参数的输入包括以下内容：零件名称、工艺号、各种工艺参数（温度、碳势）和时间，另外通过该工艺参数的菜单可以方便的进行数据保存、数据查询、数据删除、数据打印、数据下载。

故障报警包括：显示当前故障、显示历史故障、故障查询（包括按时间和不同的等级进行查洵和打印当前和历史的故障报警）。能将故障点的动作条件从触摸屏上显示出来以方便故障原因的诊断。

数据记录通过左右移动光标尺可显示光标尺处的数据，并能放人和缩小。从而帮助用户选择所需要查询的数据曲线，可实时打印备份值，并能进行贮存。

过程参数能显示各工艺参数的设定值，过程值、偏差及上下限。

料盘跟踪：采用了基于特征的跟踪算法，通过动作过程跟踪，利用数据处理，匹配到每一个特征符号。在工艺流程图中显示每个料盘的位置号，通过输入框，输入料盘位置号后，可以查找、修改当前各个料盘的所有信息。（如入炉时间、出炉时间、装载号、位置号、装料种类、每盘装料量、操作员、料盘标志等）可以按时间和按装载号查询并能打印料盘数据。为了便于产品质量数据的采集，通过料盘跟踪系统，可以在双方拟定的位置查出当料盘通过该检测点位置时的工艺数据如温度、碳势等，并能将每个拟定位置处的数据点进行连线画出。

操作控制台带有回火炉烧油烟和渗碳主炉烧炭黑提示与确认按钮。

离线仿真：输入工件要求达到的渗碳层深、材料合金元素、气氛组份后，经过仿真可以得到基本的理论推料周期和两轨道的推料周期比、碳浓度分布曲线及相关数据。

口令管理：包括以下功能，高级用户可进行权限设置、修改、删除、查询。普通用户只能按高级用户所给的权限执行相应的功能。

系统帮助：为用户提供该软件的操作和维护说明。

退出：只有超级用户才有权限退出系统，终止程序的运行。

三、推盘炉的自动化控制系统对质量的影响

PLC可编程序控制器和外电路组成调整用控制系统，安装在主控柜内。在柜体的面板上，对应各控温区、碳势控制点设有独立的仪表，既使是计算机系统故障也可以通过柜体面板上的仪表进行各种工艺参数的设置。因此，操作人员可以非常方便的进行操作，如温度、碳势的设定、查询，各种工作状态、记录曲线的监视，温度、碳势的控制。另外在主控柜的面板上还设有必要的电流、电压表、指示灯及按钮和开关。通过观察三相电流表可提示当前的三相负载状态。

使用变频器结合PLC模块及传感器模块，形成一个闭环自动控制系统，自动调节淬火槽搅拌器运行，频率根据负载大小，人为误差因素被消除，达到高效节能的目的。节约能源消耗，有利于保护环境。

四、操作工误操作对产品质量的影响

4.1操作工误操作对产品质量的影响

操作上的失误会大大影响热处理的效果。鋼材发生混料，工艺规程遵守不严格，加热设备的温度不均匀，都会使热处理质量降低，甚至出现废品。因而，控制热处理质量要从材料和设备检查、工艺制订和执行、缺陷的预防和补救等方面着手。

4.2自动化系统实现生产中的误操作控制方法

增加安全仪表控制系统，用于控制在系统关闭后立即达到安全状态的过程，它超越了常规安全系统。它可以实现一组故障安全保障功能，当其中一个或多个自动化装置发生故障时，该系统能够保持安全功能不丢失。采用安全自动化仪表控制。

4.2.1增加故障报警包括：显示当前故障、显示历史故障、故障查询（包括按时间和不同的等级进行查洵和打印当前和历史的故障报警）。能将故障点的动作条件从触摸屏上显示出来以方便故障原因的诊断。

4.2.2增加料盘跟踪：在工艺流程图中显示每个料盘的位置号，通过输入框，输入料盘位置号后，可以查找、修改当前各个料盘的所有信息。为了便于产品质量数据的采集，通过料盘跟踪系统，可以在双方拟定的位置查出当料盘通过该检测点位置时的I艺数据如温度、碳势等，并能将每个拟定位置处的数据点进行连线画出。数据清晰，减少误操作。

操作控制台带有回火炉烧油烟和渗碳主炉烧炭黑提示与确认按钮。

五、结束语

热处理工艺的重要环节是加热和冷却，加热设备主要是各种加热炉。其中保证热处理质量的关键是有效加热区的炉温均匀性。而推盘炉生产线正是由上料台、前清洗机、预氧化炉、主炉、淬火槽、后清洗机、回火炉、风冷卸料台组成，主要完成轴承、齿轮等表面的渗碳、渗氮热处理设备，经过热处理以后，材料的化学成分分析、金相分析、硬度检查和无损探伤等，都会有一定的改善，达到生产要求。在企业发展中有一定的经济效益。

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